Kathodischer Korrosionsschutz von Stahl in Beton

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Kathodischer Korrosionsschutz von Stahl in Beton 1 Grundlagen des kathodischen Korrosionsschutzes für Stahlbeton Normalerweise ist der Stahl in den Beton- und Spannbetonbauten durch die Alkalität des Beton-Porenwassers und die sich daraus ergebende Passivierung über Jahre vor Korrosion geschützt. Die Passivität der Stahloberfläche ist aber nur in pH-Bereichen möglich, in denen sich dichte Oxidfilme bilden können. Bild 1: Pourbaix-Diagramm für Eisen in Wasser Dies ist bei einem pH-Wert Bereich von 9 bis 13 der Fall. Im so genannten Pourbaix-Diagramm kann man erkennen, unter welchen Bedingungen Eisen chemisch stabil ist und in welchen Bereichen es als Lösung bzw. festes Oxid vorliegt (Abbildung 1) [2]. Erst durch das Eindringen von Chloriden oder durch Karbonatisierung wird diese Passivschicht, welche die Eisenauflösung verhindert, instabil und es werden zusätzliche Schutzmaßnahmen erforderlich. Bei Anwendung des kathodischen Korrosionsschutzes würde man das Potentials des Eisens in den inaktiven Bereich verschieben (unterhalb – 600 mV) und somit der Korrosion entgegenwirken. Die Entscheidung, korrosionsgefährdete Stahlbetonkonstruktionen kathodisch zu schützen, hängt von technischen und wirtschaftlichen Erwägungen ab. Bei kleinflächigen, durch Korrosion des Bewehrungsstahles bedingten Betonabplatzungen, die auf ungenügende Betondeckung zurückzuführen sind, ist der kathodische Schutz mit Fremdstrom kein wirtschaftliches Vorhaben. Wesentliche Anwendungsgebiete sind stattdessen Stahlbetonbauwerke, bei denen hohe Chloridgehalte auch in größeren Tiefen im Beton vorliegen. Im Falle einer Sanierung kann aus technischen Gründen der chloridkontaminierte Altbeton normalerweise nur bis zur ersten Bewehrungslage entfernt werden. Ist auch in den tieferen Lagen ein hoher Chloridgehalt vorzufinden, wird dort die Korrosion fortschreiten. Eine sanierte obere Lage kann sogar eine verstärkte Korrosion der unteren Lage hervorrufen, da sie eine neue Kathodenfläche darstellt und somit die Elementwirkung verstärkt. Das Prinzip des kathodischen Korrosionsschutzes beruht darauf, dass die anodische Teilreaktion der Korrosionsreaktion, nämlich die Eisenauflösung, durch einen entgegengesetzt gerichteten Gleichstrom unterbunden wird. Dazu wird auf die Betonoberfläche eine dauerhafte Anode (in der Regel Mischmetalloxid beschichtetes Titan) aufgebracht und von einem leitfähigen Milieu (meist Spritzbeton) umgeben (Abbildung 2) [3]. Die freigelegte Bewehrung muss an den Minuspol und die Anode an den Pluspol einer Gleichstromquelle angeschlossen werden. Nach Einschalten der Stromquelle erzwingt diese einen Stromfluss durch den Stahl, der dem Stromfluss der anodischen Metallauf- Seite 4
Kathodischer Korrosionsschutz von Stahl in Beton lösung entgegengesetzt ist und somit das weitere Korrodieren unterdrückt. Gebildete Korrosionsprodukte können jedoch nicht wieder in Eisen zurückverwandelt werden. Bild 2: Prinzip des kathodischen Korrosionsschutzes für Stahl in Beton Der kathodische Korrosionsschutz ist generell auf zwei Arten möglich. Im soeben beschriebenen Verfahren wendet man den Schutz mit inerten Anoden und einer Fremdstromanlage an. Die zweite Möglichkeit beruht darauf, die Anode direkt mit der Bewehrung zu verbinden und so mit dem Prinzip der Kontaktkorrosion zu verfahren, d.h. mit einem unedleren Metall wird die Korrosion verstärkt aufgenommen und so das edlere Metall geschützt. Da sich die Anode bei dieser Anwendung auflöst spricht man auch von Opferanoden. 2 Anwendbarkeit des kathodischen Korrosionsschutzsystems 2.1 Allgemeines Bei einer Instandsetzung müssen Entwurf, Einbau, Stromversorgung, Inbetriebnahme, Langzeitbetrieb und Dokumentation aller Teile des kathodischen Korrosionsschutzsystems in Übereinstimmung mit einem Qualitätsplan ausgeführt werden [1]. Die Arbeiten sind unter der Aufsicht von qualifiziertem Personal mit Fachkenntnissen auf den Gebieten der Elektrochemie, Betontechnologie, Hoch- und Tiefbau sowie des kathodischen Korrosionsschutzes durchzuführen. 2.2 Erfassung des Ist-Zustandes und Instandsetzung Wird der kathodische Korrosionsschutz als Instandsetzungsmaßnahme für ein Bauwerk vorgesehen, muss die Anwendbarkeit des kathodischen Korrosionsschutzes bestätigt werden. Dazu wird der Ist-Zustand des Bauwerks, unter Berücksichtigung der folgenden Untersuchungen, erfasst [1]: Seite 5
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